电力系统谐波检测和分析系统的设计.doc
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1、微型计算机应用大作业 名称:220/380V 50Hz电力系统谐 波检测和分析系统设计 姓名:钱黄生 学号:0501321220/380V 50Hz电力系统谐波检测和分析系统设计摘要:多年来,伴随直流输电和柔性交流输电技术采取,电气化铁道快速发展,化工、冶金、煤炭等工业部门中电力电子设备大量应用等,使得电网谐波含量大大增加,电网波形畸变越来越严重,对电力系统安全、经济运行造成极大影响。谐波测量是谐波问题研究关键依据,实时测量电网中谐波含量,确切掌握电网中谐波实际情况,对于预防谐波危害,保障电网安全运行是十分必需。本设计在简明分析相关谐波标准友好波测量技术现实状况后,选择了基于TMS320F28
2、12实现谐波检测方案,关键完成了数据采集和分析工作。关键词:谐波分析;TMS320F28I2,数据采集和分析设计要求:1. 设计硬件电路: 单片机(51或DSP等)采样率1kHz/通道,8通道,大于10位精度. 2. 设计软件步骤,最少包含: 1) 初始化主程序; 2) 数据预处理子程序: 对每一个通道全部连续采集6次,进行数据滤波; 3) 数据分析子程序: 对每个通道数据进行进行傅立叶分析(虚拟调一个傅立叶分析子程序,该子程序模块内容空); 4) 串行通讯子程序: 每次采完8个通道数据后,发出一次中止请求,经过串行通讯总线,把数据送到主机。第一章:序言1.1 什么是电力谐波、电力谐波危害 发
3、电厂发出交流电频率是50赫兹,波形是正弦波。通常称工频。波形图以下:图1.1 正常电压电流波形正弦波 在电力系统方面,谐波是指多少倍于工频频率波形,简称“次”,是指从2次到30次范围,如5次谐波电压(电流)频率是250赫兹,7次谐波电压(电流)频率是350赫兹;超出13次谐波称高次谐波。 图1.2 含谐波电压波形 图1.3含谐波电流波形 从图二看出电压波形有开口,电流波形是方波,和图一所表示波形有很大差异。 电力谐波对电力网(包含用户)危害是十分严重,它是一个电力污染,一个大家(用五官直接感受而不经过仪器)看不见、嗅不到、摸不着污染。所以往往不被大家注意。 谐波对电力系统产生危害关键有以下几点
4、: 1、对电力设备危害 (1)加速电力变压器绝缘老化,缩短变压器使用寿命。 (2)使开关(断路器)过载,造成常常性跳闸。因为谐波电流在导体表面流动,引发导体发烧,降低了开关实际容量所致。 (3)使无功赔偿设备部件损坏,无法进行无功赔偿,加大线路损失,降低变压器额定容量。 2、对变电所继电保护产生干扰,易造成保护误动作,造成区域性停电事故。 3、干扰通讯,影响通讯网络。通讯系统使用大量计算机轻易受谐波干扰。4、对精密设备及家用电器产生危害,如空调、微波炉、电视等。所以,谐波问题一直是关键电能质量问题。现在电网谐波和电磁干扰、功率因数降低己并列为电力系统三大公害。 电力系统谐波问题在世界范围内得到
5、了十分广泛关注,谐波管理、检测和治理等被摆到了十分关键位置。谐波问题包含面广,它包含谐波分析、谐波测量、谐波抑制等。谐波测量是谐波问题管理关键依据,实测电网谐波干扰和分布情况,已成为确保电网安全经济运行、高质量供电必不可少方法之一,而谐波测量数据取得必需借助于有效测量仪器。多年来,发达国家在研制和使用谐波分析仪器方面发展快速,仪器性能优异,测量功效齐全,适用范围广,且耐用可靠,但价格昂贵。相比之下中国测量仪器价格较低,但其质量、精度、可靠性方面有很大差距,关键适适用于谐波测量方面,而在波形分析、采样窗口选择、数据处理及结果输出等方面差距较大。为此,研制一个实用、便携、低成本、能可靠有效测量配电
6、网各次谐波幅值和相位、且功耗低、含有通讯功效、能够分布式安装谐波检测装置,不仅有利于确保电力系统运行安全性、经济性和可靠性,而且大大降低用户投资,为电力部门提供正确可靠资料数据。1.2 电网谐波畸变指标及相关标准谐波含有率(HR):h次谐波分量有效值(或幅值)和基波分量有效值(或幅值)之比,用百分数表示,就是h次谐波含有率。总谐波畸变率(THD): 谐波电压、电流总量有效值(各分量平方和再开根)和基波分量有效值之比,用百分数表示,就是电压和电流总谐波畸变率。 谐波国家标准:鉴于问题谐波越来越严重,国际电工委员会、国际大电网会议、国际供电会议及美国电气和电子工程师学会等国际性学术组织,全部相继成
7、立了专门电力系统谐波工作组,制订了限制电力系统谐波相关标准。中国谐波标准GB/T 14549-93电能质量一公用电网谐波是在总坚固施DS 126-84电力系统谐波管理暂行要求经验,结合国情,吸收国外谐波标准研究结果基础上提出。本标淮适适用于交流额定频率为50Hz、标称电压110kV及以下公用电网,不适适用于暂态现象和短时间谐波。标准中要求公用电网谐波电压如表1-1所表示。 第二章:系统硬件实现本文硬件系统采取是合众达企业SEED-DEC2812评定板(其以TI企业TMS320F281X为关键),本章对其做简明介绍。系统设计框图以下:外部电压信号三相电压传感器信号模拟滤波A/D转化信号处理和分析
8、数据存放上位机图2.1 系统设计框图2.1 TMS320F281X介绍 TMS320F281x是TI企业推出新一代应用于控制等领域32位芯片,隶属于系列,是TI目前主推主流芯片,用来替换以前2xx和24x,且和24x系列兼容,不过性能得到了极大提升,增加和改善了很多功效。其含有以下特点(功效框图见图2.1): 1)高性能静态CMOS技术,更低功耗,3.3 V供电1.8V135MHz;1.9V150MHz实施速度。 2)支持标准JTAG边界扫描技术,符合IEEE1149.10 3)高性能32位CPU,支持: .单周期完成1条32*32乘法或2条16*16乘法; .哈佛总线结构,单周期完成读一修改
9、一写操作; .极快中止响应和处理; .4M程序/数据寻址空间: .高效率程序设计(可应用C/C+和汇编语言)。 4)片上存放器(FLASH, OTP ROM, 8K* 16位SRAM可密码保护): .大容量128K* 16位FLASH/ROM; .1K*16位 OTP ROM; .18K* 16位SARAM; .4K* 16位Boot ROM,软件引导模式。5) F/C2812支持4M*16位外部存放空间,三个外部中止,外部中止扩展(PIE)支持45个外部中止。6)事件管理器(2个:EVA+EVB): 6对互补PWM十4个独立PWM+死区控制: 6通道QEP 4个通用目标定时器。7)串行外围设
10、备: .串行外围接口(SPI); .两个串行通信接口(SCI ),标准DART; .增强局域网络(eCAN); .多通道缓冲串行接口(McBSP) o8)三个32位全局定时器。9) A/D: 2*8通道、12位0-3 V量程。10)最多有56个独立可编程、多用途通用输入/输出(GPIO)引脚。可见用TMS320F281X能够一下满足设计要求大于10位A/D转换精度,用系列其它芯片还要外置A/D转化电路。2.2 传感器选择因为本系统做是220/380V 50Hz电力系统电压谐波检测和分析,所以这里我们选择三相电压传感器是深圳市柏特瑞电子3ACV-100A三相交流电压传感器 图2.2 此传感器实物
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